Способ получения n-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3

Изобретение относится к области химии и технологии получения гетероциклических соединений оксазолидинового ряда, а именно N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3, который широко изучается под названием MANO-5 в качестве энергетического пластификатора полимеров. Способ получения N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3 осуществляют последовательным взаимодействием соли сульфаминовой кислоты с эпихлоргидрином и формальдегидом с последующим нитрованием в среде уксусного ангидрида и азидированием в среде растворителя. При этом в качестве соли сульфаминовой кислоты используют сульфамат триэтиламмония, в качестве источника формальдегида используют смесь параформа с уксусной кислотой. Азидирование ведут в присутствии катализатора межфазного переноса, в водной среде. Взаимодействие сульфамата триэтиламмония с эпихлоргидрином осуществляют при эквимолярных соотношениях реагентов без использования растворителя. В качестве катализатора межфазного переноса используются соли тетраалкиламмония, например тетрабутиламмоний бромид или триэтилбензиламмоний хлорид. Технический результат - упрощение технологического выполнения процесса. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к области химии и технологии получения гетероциклических соединений оксазолидинового ряда, а именно N-нитро-3-азидометилоксазолидина-1,3, который широко исследуется под названием MANO-5 в качестве энергетического пластификатора полимеров.

Известен способ получения производных N-нитро-оксазолидинов-1,3, содержащих различные группы, в том числе азидометильную в положении 5 [Патент РФ №2181719], взаимодействием N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия с формальдегидом в водной или водно-спиртовой среде с последующим нитрованием продукта реакции нитрующим агентом и превращением полученного N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 в MANO-5 путем обработки его азидом натрия.

Синтез N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 проводят следующим образом.

К раствору N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия в воде или смеси воды со спиртом добавляют 30%-ный раствор формальдегида и полученный раствор упаривают под вакуумом. Получают в остатке твердый N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамат калия, который извлекают из аппарата и нитруют путем добавления его к смеси азотной кислоты и уксусного ангидрида при температуре минус 10°С. После выдержки реакционную массу выливают в смесь воды со льдом и экстрагируют этилацетатом. Экстракт последовательно промывают водой, содой, водой, упаривают и получают N-нитро-5-хлорметилоксазолидин-1,3, который очищают перегонкой под глубоким вакуумом (~1-1,2 мм рт.ст.).

Синтез MANO-5 осуществляют путем добавления при 100°С 40 ммоль N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 к смеси 32 мл диметилформамида (ДМФА), 40 ммоль хлористого кальция и 80 ммоль азида натрия и выдержкой реакционной массы при 100°С в течение 8 часов. Затем реакционную массу выливают в 40 мл воды, осадок отфильтровывают и промывают 10 мл бензола. Фильтрат дополнительно экстрагируют бензолом (5×10 мл), бензольные экстракты промывают водой (5×10 мл), бензол упаривают и получают MANO-5 с выходом 80%.

Получение исходного N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия проводят по методике, описанной в работе [П.В.Булатов «Синтез функциональных сульфаматов и аминов на основе реакции производных сульфаминовой кислоты с оксиранами», канд. диссертация, ИОХ им. Н.Д.Зелинского РАН, 1999], сущность которой заключается в следующем. Водно-спиртовый раствор сульфамата калия и эпихлоргидрина, взятых в мольном соотношении 1:1,1, перемешивают при температуре 70…75°С в течение 25 ч. Раствор упаривают в вакууме, остаток промывают горячим этанолом и экстрагируют двумя порциями по 100 мл 95% водного метанола. Объединенные метанольные экстракты упаривают, остаток обрабатывают ацетоном и получают с выходом 82% N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамат калия.

Недостатками указанного способа являются:

- необходимость проведения отдельной стадии синтеза N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия и сложность его выделения;

- необходимость упаривания водно-спиртового раствора N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия под вакуумом;

- необходимость извлечения из аппарата N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия, который образуется при отгонке растворителя в виде прилипшей к стенкам аппарата твердой массы;

- использование низкой температуры при реакции нитрования;

- необходимость глубоковакуумной перегонки для очистки 1-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3;

- использование хлористого кальция при азидировании N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3, который затрудняет перемешивание реакционной массы и снижает качество целевого продукта.

Известен способ получения MANO-5 [Патент РФ №2404168 от 20.11.10.], согласно которому эпихлоргидрин обрабатывают трехкратным избытком сульфамата калия в водно-спиртовой среде при температуре 50…53°С и времени выдержки 50…55 часов. Затем реакционную массу разбавляют спиртом, охлаждают и отфильтровывают выпавший избыток сульфамата калия. Фильтрат, содержащий N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамат калия, обрабатывают 30%-ным водным раствором формальдегида и отгоняют спирт и воду под вакуумом при 100°С. К твердому остатку N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия добавляют уксусный ангидрид, перемешивают до образования суспензии и нитруют азотной кислотой при температуре 10…25°С. По истечении 30 мин реакционную массу разбавляют водой и N-нитро-5-хлорметилоксазолидин-1,3 экстрагируют хлорорганическими растворителями (дихлорэтаном, или хлороформом, или хлористым метиленом), и очищают после отгонки растворителя путем обработки его 5%-ным раствором едкого натрия при температуре 70…75°С. При этом удаляются такие примеси, как тринитротриазациклогексан и динитрат монохлоргидрина глицерина. Очищенный N-нитро-5-хлорметилоксазолидин-1,3 азидируют азидом натрия при 100°С в среде ДМФА в присутствии активированного угля, а полученный MANO-5 выделяют путем экстракции после разбавления реакционной массы водой хлорорганическими растворителями (дихлорэтаном, или хлороформом, или хлористым метиленом).

Указанный выше способ принят нами в качестве наиболее близкого аналога.

Недостатками аналога являются:

- использование большого избытка сульфамата калия и необходимость удаления его избытка путем фильтрации после добавления спирта;

- использование водно-спиртовой среды для реакции взаимодействия сульфамата калия с эпихлоргидрином;

- использование 30%-ного водного раствора формальдегида для реакции циклизации N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата;

- сложность процесса, связанная с выделением промежуточного продукта путем упаривания воды и спирта под вакуумом;

- использование дорогостоящего растворителя - диметилформамида при реакции азидирования N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3 (MANO-5), не имеющего вышеуказанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в качестве соли сульфаминовой кислоты используют растворимую в эпихлоргидрине триэтиламмониевую соль сульфаминовой кислоты, взаимодействие которой с эпихлоргидрином осуществляют при эквимолярных соотношениях реагентов без использования растворителя, в качестве источника формальдегида для реакции циклизации N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата используют параформ (полимер формальдегида) с уксусной кислотой, и процесс до стадии азидирования ведут без выделения промежуточных продуктов.

Для реакции азидирования N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 в качестве растворителя применяют воду и процесс азидирования проводят в присутствии катализатора межфазного переноса - солей тетраалкиламмония, например тетрабутиламмоний бромида или триэтилбензиламмоний хлорида.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:

- использование растворимой в эпихлоргидрине триэтиламмониевой соли сульфаминовой кислоты вместо сульфамата калия;

- использование сульфамата триэтиламмония и эпихлоргидрина в эквимолярных соотношениях;

- проведение реакции взаимодействия сульфамата триэтиламмония с эпихлоргидрином без растворителя;

- использование в качестве источника формальдегида для реакции циклизации N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата параформа с уксусной кислотой вместо водного раствора формальдегида;

- проведение реакции до стадии азидирования без выделения промежуточных продуктов;

- применение воды в качестве растворителя при реакции азидирования вместо диметилформамида;

- использование катализатора межфазного переноса для реакции азидирования.

Способ получения N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3 иллюстрируется следующими примерами.

1. Получение N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3.

К 27,28 г (0,14 моль) триэтиламмониевой соли сульфаминовой кислоты добавляют 13,0 г (11,0 мл, 0,141 моль) эпихлоргидрина, поднимают температуру до 62…63°С и перемешивают при этой температуре 16 часов, получают N-(3-xлop-2-гидроксипропил)-сульфамат триэтиламмония.

К полученному продукту добавляют 40 мл ледяной уксусной кислоты и после его растворения при перемешивании и температуре 20…30°С присыпают 5,05 г (0,168 моль) параформа (избыток ~12%). Реакционную массу нагревают до 55…60°С и выдерживают при этой температуре 2 часа.

К полученной реакционной массе приливают 64 мл уксусного ангидрида и охлаждают до 15°С, затем дозируют 42 мл концентрированной азотной кислоты с такой скоростью, чтобы температура реакционной массы не превышала 30°С. Перемешивают смесь при температуре 25…30°С в течение 40 минут и выливают в смесь 1000 мл воды и льда и 60 г гидроксида натрия. Продукт реакции экстрагируют хлороформом (3×200 мл), объединенные экстракты промывают водой (200 мл), 40%-ным раствором соды (200 мл), водой (2×200 мл) и упаривают в вакууме. Получают 7,53 г (33%) N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3.

2. Получение N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3.

А. К раствору 8,8 г (0,135 моль) азида натрия и 2,16 г (0,00668 моль) тетрабутиламмоний бромида в 32 мл воды при интенсивном перемешивании приливают 7,49 г (0,045 моль) N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3, нагревают до 98…100°С и выдерживают при этой температуре 12 часов. Охлаждают до 25°С, отделяют выпавшее масло, а водную часть экстрагируют бензолом (2×20 мл). Экстракты объединяют с маслом, промывают водой (2×20 мл), растворитель отгоняют в вакууме и получают 6,6 г (84,4%) N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3.

Б. К раствору 6,2 г (0,095 моль) азида натрия и 1,52 г (0,00668 моль) триэтилбензиламмоний хлорида в 32 мл воды при интенсивном перемешивании приливают 5,3 г (0,032 моль) N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3, нагревают до 98…100°С и выдерживают при этой температуре 20 часов. Охлаждают до 25°С,

отделяют выпавшее масло, а водную часть экстрагируют бензолом (2×20 мл). Экстракты объединяют с маслом, промывают водой (2×20 мл), растворитель отгоняют в вакууме и получают 4,46 г (81,1%) N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3.

1. Способ получения N-нитро-5-азидометилоксазолидина-1,3 последовательным взаимодействием соли сульфаминовой кислоты с эпихлоргидрином и формальдегидом с последующим нитрованием в среде уксусного ангидрида и азидированием в среде растворителя, отличающийся тем, что в качестве соли сульфаминовой кислоты берется сульфамат триэтиламмония, в качестве источника формальдегида используется смесь параформа с уксусной кислотой, а азидирование ведут в присутствии катализатора межфазного переноса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие сульфамата триэтиламмония с эпихлоргидрином осуществляется при эквимолярных соотношениях реагентов без использования растворителя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс до стадии азидирования ведут без выделения промежуточных продуктов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора межфазного переноса используются соли тетраалкиламмония, например тетрабутиламмоний бромид или триэтилбензиламмоний хлорид.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что азидирование ведут в водной среде.